JP5903968B2 - Method and apparatus for evaluating cell culture substrate, and method for producing cell culture substrate - Google Patents

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Description

本発明は、基材上に機能性層を備える細胞培養基材の評価方法及び評価装置、並びにそのような細胞培養基材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating a cell culture substrate having a functional layer on the substrate, and a method for producing such a cell culture substrate.

細胞をシート状に培養し、トリプシン等の酵素を使用せずに例えば温度を低下させるだけで細胞をシート状に回収する「細胞シート工学」という技術が再生医療分野で注目されている。本技術によって得られる細胞シートは、角膜や歯周組織等の再生医療で既に一定の治療効果が確認され、欧州で既に臨床研究や治験が進められている。また、複数の種類の細胞シートを積層させることによる三次元組織モデルの作製や、血管組織を伴う成熟した組織を生体外で作製することも可能であり、本技術をベースにした研究開発や治療が今後ますます期待される。   A technique called “cell sheet engineering”, in which cells are cultured in a sheet form and the cells are recovered in a sheet form simply by lowering the temperature without using an enzyme such as trypsin, has attracted attention in the field of regenerative medicine. The cell sheet obtained by this technology has already been confirmed to have a certain therapeutic effect in regenerative medicine such as the cornea and periodontal tissue, and clinical research and clinical trials are already underway in Europe. It is also possible to create a three-dimensional tissue model by laminating multiple types of cell sheets, and to create mature tissue with vascular tissue in vitro. Research and development and treatment based on this technology Is expected more and more in the future.

培養した細胞シートの接着、脱着の制御は、例えば、基材上に固定したポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(PIPAAm)等の機能性層を介して行われる。このポリマーは、主に温度に応答して水和能が変化する材料であり、臨界溶解温度未満の温度では周囲の水に対する親和性が向上し、ポリマーが水を取り込み膨潤して表面に細胞を接着しにくくする性質(細胞非接着性)を示し、同温度以上の温度ではポリマーから水が脱離することでポリマーが収縮し表面に細胞を接着しやすくする性質(細胞接着性)を示すものである。細胞の脱接着性は、上記PIPAAmの固定化密度や鎖長に影響を受けることが知られており、したがって、細胞の脱接着性の良否を検討するため、機能性層の状態を評価する手法の開発が望まれている。   Control of adhesion and desorption of the cultured cell sheet is performed, for example, via a functional layer such as poly-N-isopropylacrylamide (PIPAAm) fixed on a substrate. This polymer is a material whose hydration ability changes mainly in response to temperature. At a temperature lower than the critical dissolution temperature, the affinity for surrounding water is improved, and the polymer takes up water and swells, so that cells are swelled on the surface. It exhibits the property of making it difficult to adhere (cell non-adhesiveness), and the property that makes it easier for cells to adhere to the surface due to water detaching from the polymer at temperatures above the same temperature (cell adhesion) It is. It is known that cell deadhesion is affected by the immobilization density and chain length of the above PIPAAm. Therefore, in order to examine the quality of cell deadhesion, a method for evaluating the state of the functional layer Development is desired.

基材上に機能性層を設けた細胞培養基材を評価する従来の方法として、(特許文献1)が知られている。(特許文献1)には、0〜80℃の温度範囲で水和力が変化するポリ−N−イソプロピルアクリルアミド等の温度応答性ポリマーを被覆した細胞培養基材の表面上に、細胞を播種後、48時間以内に蛋白質加水分解酵素を使わずに温度処理だけで細胞を当該基材表面から剥離して回収し、生細胞と反応する試薬を用いて分光計で定量する、温度応答性細胞培養基材の評価方法が開示されている。培養細胞は、基材表面積当たり100〜10000個/cmとなるように個々の状態で基材表面上に付着していることが必要とされる。すなわち、細胞をシートの状態で回収すると、細胞間接着によって細胞が引っ張られる力の影響が無視できないため、(特許文献1)では個々の状態(まばらな状態)で基材上に播種することにより細胞間接着の影響を排除し、基材と細胞との相互作用のみを反映した結果を得ている。 As a conventional method for evaluating a cell culture substrate provided with a functional layer on the substrate, (Patent Document 1) is known. In (Patent Document 1), cells are seeded on the surface of a cell culture substrate coated with a temperature-responsive polymer such as poly-N-isopropylacrylamide whose hydration power changes in a temperature range of 0 to 80 ° C. In 48 hours, temperature-responsive cell culture in which cells are detached and recovered from the substrate surface by temperature treatment without using protein hydrolase and quantified with a spectrometer using a reagent that reacts with living cells A method for evaluating a substrate is disclosed. The cultured cells are required to be attached on the surface of the base material in an individual state so as to be 100 to 10,000 cells / cm 2 per surface area of the base material. That is, when cells are collected in a sheet state, the influence of the force of pulling the cells due to cell-cell adhesion cannot be ignored. The result of eliminating the influence of cell-cell adhesion and reflecting only the interaction between the substrate and the cells is obtained.

上記(特許文献1)に記載の評価方法は、細胞培養を実施するため、評価を行うために少なくとも数時間〜数十時間を要するという問題点があった。   The evaluation method described in the above (Patent Document 1) has a problem in that it takes at least several hours to several tens of hours to perform the evaluation in order to perform cell culture.

特開2009−82123号公報JP 2009-82123 A

そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、細胞培養を実施する必要がなく、短時間でPIPAAm等からなる機能性層の状態を評価することができる方法、及びその方法を実施するための評価装置を提供することを目的とする。また、上記評価方法を利用して、機能性層の状態が良であるような細胞培養基材を製造する方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above-described conventional situation, the present invention eliminates the need for cell culture and can evaluate the state of the functional layer composed of PIPAAm and the like in a short time, and evaluation for implementing the method. An object is to provide an apparatus. Another object of the present invention is to provide a method for producing a cell culture substrate having a good functional layer state using the above evaluation method.

本発明者は、機能性層の表面に供給した液滴に対しさらに液体を注入して液滴の容積を拡張させるか又は液体を吸引して液滴の容積を収縮させたとき、PIPAAm等の、細胞を培養するための機能性層の状態に依存して、その拡張又は収縮挙動が異なる点に着目した。そして、液滴が拡張又は収縮する過程において液滴の接触角が増大及び減少を繰り返す現象(スティックスリップ現象)を観測し、その観測結果を分析することで機能性層の状態を評価できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
(1)基材と、前記基材上に設けられた、細胞を培養するための機能性層とを有する細胞培養基材の評価方法であって、
機能性層の表面に液滴を供給する工程と、
供給した液滴にさらに液体を注入して液滴を拡張させるか又は供給した液滴から液体を吸引して液滴を収縮させる工程と、
拡張又は収縮する液滴の接触角を測定する工程と、
を有し、
接触角が増大及び減少を繰り返す現象を観測し、その観測結果に基づいて機能性層の状態の評価を行う前記細胞培養基材の評価方法。
When the present inventor further injects liquid into the droplets supplied to the surface of the functional layer to expand the volume of the droplets or sucks the liquid to contract the volume of the droplets, the PIPAAm or the like is used. The inventors focused on the fact that the expansion or contraction behavior differs depending on the state of the functional layer for culturing cells. Then, it was found that the state of the functional layer can be evaluated by observing a phenomenon (stick-slip phenomenon) in which the contact angle of the droplet repeatedly increases and decreases during the process of expanding or contracting the droplet and analyzing the observation result. The present invention has been completed. That is, the present invention includes the following inventions.
(1) A method for evaluating a cell culture substrate having a substrate and a functional layer for culturing cells provided on the substrate,
Supplying droplets to the surface of the functional layer;
Injecting more liquid into the supplied droplet to expand the droplet or drawing liquid from the supplied droplet to shrink the droplet;
Measuring the contact angle of the expanding or contracting droplet;
Have
The cell culture substrate evaluation method, wherein a phenomenon in which the contact angle repeatedly increases and decreases is observed, and the state of the functional layer is evaluated based on the observation result.

(2)機能性層の状態の評価を、接触角が増大及び減少を繰り返す回数に基づいて行う上記(1)に記載の細胞培養基材の評価方法。
(3)機能性層が、温度変化により細胞接着性が変化する温度応答性ポリマーを含む上記(1)又は(2)に記載の細胞培養基材の評価方法。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載の評価方法を実施するための装置であって、
細胞培養基材が配置されるステージと、
ステージ上に配置された細胞培養基材の機能性層の表面に液滴を供給し、さらに供給した液滴に液体を注入し又は供給した液滴から液体を吸引するための液滴調節手段と、
液体の注入により拡張するか又は液体の吸引により収縮する液滴を撮影するための撮像手段と、
撮像手段により撮影した画像に基づき液滴の接触角を算出する接触角算出部と、
を有する細胞培養基材の評価装置。
(2) The method for evaluating a cell culture substrate according to (1), wherein the state of the functional layer is evaluated based on the number of times the contact angle repeats increasing and decreasing.
(3) The method for evaluating a cell culture substrate according to the above (1) or (2), wherein the functional layer contains a temperature-responsive polymer whose cell adhesiveness changes due to temperature change.
(4) An apparatus for carrying out the evaluation method according to any one of (1) to (3) above,
A stage on which the cell culture substrate is placed;
Droplet adjusting means for supplying droplets to the surface of the functional layer of the cell culture substrate disposed on the stage, and injecting liquid into the supplied droplets or sucking liquid from the supplied droplets; ,
An imaging means for imaging a droplet that expands by liquid injection or contracts by liquid suction;
A contact angle calculation unit that calculates a contact angle of a droplet based on an image photographed by an imaging unit;
An apparatus for evaluating a cell culture substrate.

(5)基材と、前記基材上に設けられた、細胞を培養するための機能性層とを有する細胞培養基材を準備する工程と、
準備した細胞培養基材について、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の評価方法を実施する工程と、
を有し、
評価の結果、機能性層の状態が良と判定されたものとを製品とする細胞培養基材の製造方法。
(5) preparing a cell culture substrate having a substrate and a functional layer for culturing cells provided on the substrate;
For the prepared cell culture substrate, a step of performing the evaluation method according to any one of (1) to (3) above,
Have
The manufacturing method of the cell culture substratum which uses what the state of the functional layer was judged to be good as a result of evaluation.

本発明により、細胞培養を実施する必要がなく、短時間で細胞培養基材における細胞の脱接着性等を評価することができる。また、細胞の脱接着性に優れる細胞培養基材を効率的に製造することができる。   According to the present invention, it is not necessary to perform cell culture, and it is possible to evaluate the de-adhesiveness of cells on the cell culture substrate in a short time. In addition, it is possible to efficiently produce a cell culture substrate excellent in cell de-adhesiveness.

本発明に係る細胞培養基材の評価方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the evaluation method of the cell culture substratum which concerns on this invention. 本発明に係る細胞培養基材の評価装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the evaluation apparatus of the cell culture substratum which concerns on this invention. 実施例1〜3及び比較例1における接触角の測定結果(室温)を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result (room temperature) of the contact angle in Examples 1-3 and Comparative Example 1. 実施例1〜3及び比較例1における接触半径の測定結果(室温)を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result (room temperature) of the contact radius in Examples 1-3 and Comparative Example 1. 実施例1〜3及び比較例1における接触角の測定結果(40℃)を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result (40 degreeC) of the contact angle in Examples 1-3 and the comparative example 1. FIG. 実施例1〜3及び比較例1における接触半径の測定結果(40℃)を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result (40 degreeC) of the contact radius in Examples 1-3 and the comparative example 1. FIG. 実施例1〜3及び比較例1において測定されたスティックスリップ回数を比較したグラフである。It is the graph which compared the stick slip frequency measured in Examples 1-3 and the comparative example 1. FIG.

以下、図面に基づき本発明を詳細に説明する。まず、本発明の評価対象である細胞培養基材の構成について述べる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the structure of the cell culture substrate which is the evaluation target of the present invention will be described.

細胞培養基材は、基材上(通常は、基材の片面側)に、細胞を培養するための機能性層を設けて構成される。基材と機能性層の間は、一般には直接密着しているが、必要に応じて、機能性層の固定化を容易にするプライマー層等の中間層が介在していても良い。   The cell culture substrate is configured by providing a functional layer for culturing cells on a substrate (usually, one side of the substrate). In general, the substrate and the functional layer are in direct contact with each other, but an intermediate layer such as a primer layer for facilitating the fixation of the functional layer may be interposed as necessary.

細胞培養基材は、細胞及び培地を収容する細胞培養容器の内底面に設置されて使用される。したがって、基材は、細胞培養容器の底板を兼ねていても良いし、底板や側壁等から形成された容器の内底面に、後から基材及び機能性層の積層体を接合させる形態であっても良い。容器に後から接合させる積層体の形態である場合、基材は板状又はフィルム状であり、基材の、機能性層が設けられた側と反対側には、細胞培養容器の底板に接合させるための粘着剤層及び剥離シートを適宜設けることができる。   The cell culture substrate is used by being installed on the inner bottom surface of a cell culture container that contains cells and a medium. Therefore, the base material may also serve as the bottom plate of the cell culture container, or the laminate of the base material and the functional layer is later joined to the inner bottom surface of the container formed from the bottom plate and the side wall. May be. When it is in the form of a laminate to be subsequently joined to the container, the substrate is plate-like or film-like, and the side opposite to the side on which the functional layer is provided is joined to the bottom plate of the cell culture vessel A pressure-sensitive adhesive layer and a release sheet can be appropriately provided.

基材の材料は特に限定されない。具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、TAC(トリアセチルセルロース)、ポリイミド(PI)、ナイロン(Ny)、低密度ポリエチレン(LDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、アクリル樹脂等の樹脂材料や、ガラス、石英等の無機材料が挙げられ、樹脂材料が好ましく用いられる。   The material of the substrate is not particularly limited. Specifically, polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), TAC (triacetyl cellulose), polyimide (PI), nylon (Ny), low density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE) ), Resin materials such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polyethylene naphthalate, polypropylene, acrylic resin, and inorganic materials such as glass and quartz, and resin materials are preferably used.

基材の、機能性層が設けられる側の表面は、易接着処理された表面であることができる。「易接着処理」とは、例えば、ポリエステル、アクリル酸エステル、ポリウレタン、ポリエチレンイミン、シランカップリング剤、ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)等の易接着剤による処理を指す。   The surface of the substrate on the side where the functional layer is provided can be a surface subjected to an easy adhesion treatment. “Easy adhesion treatment” refers to treatment with an easy adhesive such as polyester, acrylic ester, polyurethane, polyethyleneimine, silane coupling agent, perfluorooctane sulfonic acid (PFOS), and the like.

機能性層を構成する材料としては、細胞を培養することができる機能を有するものであれば特に限定されない。例えば、静電相互作用により細胞との接着性を示す材料として、ポリリジン等の塩基性ポリマー、アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等の塩基性化合物及びそれらを含む縮合物等が挙げられる。また、生物学的特性により細胞との接着性を示す材料として、フィブロネクチン、ラミニン、テネイシン、ビトロネクチン、RGD(アルギニン−グリシン−アスパラギン酸)配列含有ペプチド、YIGSR(チロシン−イソロイシン−グリシン−セリン−アルギニン)配列含有ペプチド、コラーゲン、アテロコラーゲン、ゼラチン等が挙げられる。   The material constituting the functional layer is not particularly limited as long as it has a function of culturing cells. For example, basic materials such as polylysine, basic polymers such as polylysine, aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, etc., as materials showing adhesion to cells by electrostatic interaction Examples thereof include compounds and condensates containing them. In addition, as materials exhibiting adhesiveness to cells due to biological characteristics, fibronectin, laminin, tenascin, vitronectin, RGD (arginine-glycine-aspartic acid) sequence-containing peptide, YIGSR (tyrosine-isoleucine-glycine-serine-arginine) Examples include sequence-containing peptides, collagen, atelocollagen, gelatin and the like.

その中でも、細胞を培養後、基材から細胞を脱着させるため、あるいは細胞をシート状に回収するために細胞培養基材を利用する場合には、機能性層として、所定の刺激により細胞接着性が変化する機能を有するものを採用することができる。例えば、刺激を加えることにより細胞接着性から細胞非接着性へと変化する刺激応答性ポリマーを含むことができる。刺激応答性ポリマーとしては、温度応答性ポリマー、pH応答性ポリマー、イオン応答性ポリマー、光応答性ポリマー等を挙げることができ、作製しようとする細胞シートに適したものを適宜選択することができる。特に、温度応答性ポリマーは、温度変化により細胞接着性が変化し、刺激の付与が容易であることから好ましい。   Among them, when a cell culture substrate is used to detach cells from the substrate after cell culture or to collect cells in a sheet form, the cell adhesion by a predetermined stimulus is used as a functional layer. Those having a function of changing can be adopted. For example, a stimulus-responsive polymer that changes from cell adhesiveness to non-cell adhesiveness upon application of a stimulus can be included. Examples of the stimulus responsive polymer include a temperature responsive polymer, a pH responsive polymer, an ion responsive polymer, a photoresponsive polymer, and the like, and a polymer suitable for the cell sheet to be produced can be appropriately selected. . In particular, a temperature-responsive polymer is preferable because cell adhesion changes due to temperature change and stimulation can be easily applied.

温度応答性ポリマーとして、例えば、細胞を培養する温度では細胞接着性を示し、作製した細胞シートを剥離する時の温度では細胞非接着性を示すものを用いると良い。具体的には、臨界溶解温度未満の温度では周囲の水に対する親和性が向上し、ポリマーが水を取り込んで膨潤して表面に細胞を接着しにくくする性質(細胞非接着性)を示し、同温度以上の温度ではポリマーから水が脱離することでポリマーが収縮して表面に細胞を接着しやすくする性質(細胞接着性)を示すものを用いると良い。このような臨界溶解温度は、下限臨界溶解温度と呼ばれる。下限臨界溶解温度Tが0℃〜80℃、さらに好ましくは0℃〜50℃である温度応答性ポリマーを用いると良い。Tが0℃〜80℃であると、細胞を安定的に培養できるからである。   As the temperature-responsive polymer, for example, a polymer that exhibits cell adhesion at a temperature at which cells are cultured and exhibits cell non-adhesion at a temperature at which the produced cell sheet is peeled may be used. Specifically, at a temperature lower than the critical dissolution temperature, the affinity for surrounding water is improved, and the polymer takes in water and swells to show the property of making it difficult for cells to adhere to the surface (cell non-adhesiveness). It is preferable to use a material that exhibits a property (cell adhesion) that makes it easier for cells to adhere to the surface due to water detachment from the polymer at temperatures higher than the temperature. Such a critical solution temperature is called a lower critical solution temperature. A temperature-responsive polymer having a lower critical solution temperature T of 0 ° C. to 80 ° C., more preferably 0 ° C. to 50 ° C. may be used. This is because the cells can be stably cultured when T is 0 ° C to 80 ° C.

好適な温度応答性ポリマーとしては、アクリル系ポリマー又はメタクリル系ポリマーが挙げられる。より具体的には、例えばポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(T=32℃)、ポリ−N−n−プロピルアクリルアミド(T=21℃)、ポリ−N−n−プロピルメタクリルアミド(T=32℃)、ポリ−N−エトキシエチルアクリルアミド(T=約35℃)、ポリ−N−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド(T=約28℃)、ポリ−N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド(T=約35℃)、及びポリ−N,N−ジエチルアクリルアミド(T=32℃)等が挙げられる。   Suitable temperature-responsive polymers include acrylic polymers or methacrylic polymers. More specifically, for example, poly-N-isopropylacrylamide (T = 32 ° C.), poly-Nn-propyl acrylamide (T = 21 ° C.), poly-Nn-propyl methacrylamide (T = 32 ° C.) Poly-N-ethoxyethyl acrylamide (T = about 35 ° C.), poly-N-tetrahydrofurfuryl acrylamide (T = about 28 ° C.), poly-N-tetrahydrofurfuryl methacrylamide (T = about 35 ° C.), and Examples include poly-N, N-diethylacrylamide (T = 32 ° C.).

これらのポリマーを形成するためのモノマーとしては、放射線照射によって重合し得るモノマーを用いることができる。モノマーとしては例えば、(メタ)アクリルアミド化合物、N−(もしくはN,N−ジ)アルキル置換(メタ)アクリルアミド誘導体、環状基を有する(メタ)アクリルアミド誘導体、及びビニルエーテル誘導体等が挙げられ、これらの1種以上を使用することができる。モノマーが一種類単独で使用された場合、基材上に形成されるポリマーはホモポリマーとなり、モノマーが複数種一緒に使用された場合、基材上に形成されるポリマーはヘテロポリマーとなるが、本発明においてはいずれの形態も適用可能である。   As a monomer for forming these polymers, a monomer that can be polymerized by irradiation with radiation can be used. Examples of the monomer include (meth) acrylamide compounds, N- (or N, N-di) alkyl-substituted (meth) acrylamide derivatives, (meth) acrylamide derivatives having a cyclic group, and vinyl ether derivatives. More than seeds can be used. When a single monomer is used alone, the polymer formed on the substrate is a homopolymer, and when multiple monomers are used together, the polymer formed on the substrate is a heteropolymer. Any form can be applied in the present invention.

また、増殖細胞の種類によってTを調節する必要がある場合や、機能性層の親水・疎水性のバランスを調整する必要がある場合等には、上記以外の他のモノマー類をさらに加えて共重合しても良い。さらに、上記ポリマーとその他のポリマーとのグラフト又はブロック共重合体、あるいは上記ポリマーと他のポリマーとの混合物を用いて機能性層を構成しても良い。また、ポリマー本来の性質が損なわれない範囲で架橋することも可能である。   In addition, when it is necessary to adjust T depending on the type of proliferating cells, or when it is necessary to adjust the hydrophilic / hydrophobic balance of the functional layer, other monomers other than those described above may be further added and used in combination. Polymerization may be performed. Furthermore, you may comprise a functional layer using the graft | grafting or block copolymer of the said polymer and another polymer, or the mixture of the said polymer and another polymer. Moreover, it is also possible to crosslink within a range where the original properties of the polymer are not impaired.

温度応答性ポリマー等を含む機能性層は、従来知られた手法を適宜採用して基材上に形成することができる。例えば、重合により目的の刺激応答性ポリマーを形成するモノマーと、該モノマーを溶解しうる有機溶媒と含む塗布用組成物を調製し、これを慣用の塗布方法に従って、基材の表面に塗布して塗膜を形成し、次に、該塗膜に放射線照射等の適当な手段により塗膜中のモノマーを重合してポリマーを形成するとともに、基材の表面とポリマーとの間にグラフト化反応を生じさせることにより形成することができる。   A functional layer containing a temperature-responsive polymer or the like can be formed on a substrate by appropriately adopting a conventionally known technique. For example, a coating composition containing a monomer that forms a target stimulus-responsive polymer by polymerization and an organic solvent capable of dissolving the monomer is prepared, and this is applied to the surface of a substrate according to a conventional coating method. A coating film is formed, and then the monomer in the coating film is polymerized by an appropriate means such as radiation irradiation to form a polymer, and a grafting reaction is performed between the surface of the substrate and the polymer. It can be formed by generating.

機能性層の膜厚は、例えば、0.5nm〜300nmの範囲内とすると良く、特に1nm〜100nmの範囲内であることが好ましいが、これに限定されるものではない。   The film thickness of the functional layer is, for example, preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, and particularly preferably in the range of 1 nm to 100 nm, but is not limited thereto.

次に、本発明の細胞培養基材の評価方法及び評価装置について述べる。本発明の評価方法は、機能性層の表面に液滴を供給する工程と、供給した液滴にさらに液体を注入して液滴を拡張させるか又は供給した液滴から液体を吸引して液滴を収縮させる工程と、拡張又は収縮する液滴の接触角を測定する工程とを有することを特徴とする。   Next, the cell culture substrate evaluation method and evaluation apparatus of the present invention will be described. The evaluation method of the present invention includes a step of supplying droplets to the surface of the functional layer, and injecting liquid into the supplied droplets to expand the droplets, or sucking liquid from the supplied droplets to The method includes a step of shrinking the droplet and a step of measuring a contact angle of the droplet expanding or contracting.

具体的には、まず、図1に示すように、基材10及び機能性層20を含む細胞培養基材1における機能性層20の表面に、好ましくはマイクロシリンジ等の針状管体Sを用い、その針状管体Sの先端から液滴Lを供給する。続いて、液滴L内に針状管体Sの先端が挿入されている状態のまま液滴Lにさらに液体を注入し、液滴を拡張させる。このとき、液滴は、一定の接触角を維持しつつ針状管体Sからの液体の注入量に比例してなだらかに拡張するのではなく、液滴と機能性層20との相互作用に起因して、接触角が一旦増大した後に減少に転じることを繰り返しながら、液滴Lから液滴L、液滴Lへと不連続的に拡張する現象(スティックスリップ現象)を起こす。本発明者は、このスティックスリップ現象の特性が機能性層20の状態を反映することから、スティックスリップ現象の観測結果に基づいて機能性層20の状態を評価可能であることを見出した。なお、スティックスリップ現象は、液滴が拡張する場合のみならず、収縮する場合にも同様に観測される。したがって、機能性層20の表面に初めに液滴Lを供給し、その後、針状管体Sによって液滴を構成する液体を吸引して液滴L、液滴Lの状態へと徐々に収縮させ、その収縮過程において減少及び増大を繰り返す接触角を測定しても良い。液滴Lとしては通常水が用いられるが、場合によりアルコール等の他の液体を用いても良い。具体的には、エタノール、イソプロピルアルコール、メタノール等を使用することができる。 Specifically, first, as shown in FIG. 1, an acicular tube S such as a microsyringe is preferably provided on the surface of the functional layer 20 in the cell culture substrate 1 including the substrate 10 and the functional layer 20. In use, the droplet L 1 is supplied from the tip of the needle tube S. Subsequently, further injection of the liquid leaving the liquid droplets L 1 in a state where the tip of the needle tube S into the droplet L 1 is inserted, to expand the droplet. At this time, the droplet does not gently expand in proportion to the amount of liquid injected from the needle-shaped tube S while maintaining a constant contact angle, but does not interact with the droplet and the functional layer 20. This causes a phenomenon (stick-slip phenomenon) that discontinuously expands from the droplet L 1 to the droplet L 2 and the droplet L 3 while repeating the contact angle once increasing and then decreasing. The inventor has found that the state of the functional layer 20 can be evaluated based on the observation result of the stick-slip phenomenon because the characteristic of the stick-slip phenomenon reflects the state of the functional layer 20. The stick-slip phenomenon is observed not only when the droplet expands but also when it contracts. Therefore, by supplying the droplet L 3 in the beginning to the surface of the functional layer 20, then, the droplet L 2 the liquid constituting the droplet by the needle-shaped tube member S by suction, to a state of the droplet L 1 The contact angle may be measured by gradually contracting and repeatedly decreasing and increasing in the contraction process. Water is usually used as the droplet L, but other liquids such as alcohol may be used in some cases. Specifically, ethanol, isopropyl alcohol, methanol or the like can be used.

例えば、機能性層20がポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(PIPAAm)等の温度応答性ポリマーを含み、且つその固定化量が少ない場合には、機能性層20の表面の疎水性が相対的に高くなる。その場合、液滴Lと機能性層20との間の相互作用の影響が小さいため、液滴を拡張させるときに、液滴が機能性層20の表面に保持され難く、一旦増大した接触角はすぐに減少し、その結果、一定時間内における接触角の増大及び減少を繰り返す回数(本明細書において、スティックスリップ回数という)が多くなる。一方、機能性層20がPIPAAm等の温度応答性ポリマーを含み、且つその固定化量が多い場合には、機能性層20の表面の疎水性は相対的に低くなる(親水性が高くなる)。その場合、液滴と機能性層20との間の相互作用の影響が大きくなるため、液滴を拡張させるときに、液滴が機能性層20の表面に強く保持され、液滴の接触角はより大きな角度になるまで減少に転じず、その結果、一定時間内におけるスティックスリップ回数は少なくなる。したがって、一定時間内におけるスティックスリップ回数を測定することにより、ポリマーの固定化量等の、機能性層20の状態を評価することができる。   For example, when the functional layer 20 includes a temperature-responsive polymer such as poly-N-isopropylacrylamide (PIPAAm) and its immobilization amount is small, the hydrophobicity of the surface of the functional layer 20 is relatively high. Become. In that case, since the influence of the interaction between the droplet L and the functional layer 20 is small, when the droplet is expanded, the droplet is not easily held on the surface of the functional layer 20, and the contact angle once increased. Immediately decreases, and as a result, the number of times the contact angle is repeatedly increased and decreased within a predetermined time (referred to herein as the number of stick-slip times) increases. On the other hand, when the functional layer 20 contains a temperature-responsive polymer such as PIPAAm and the immobilization amount is large, the hydrophobicity of the surface of the functional layer 20 is relatively low (hydrophilicity is high). . In that case, since the influence of the interaction between the droplet and the functional layer 20 becomes large, when the droplet is expanded, the droplet is strongly held on the surface of the functional layer 20, and the contact angle of the droplet Does not start to decrease until a larger angle is reached, and as a result, the number of stick-slips within a certain time is reduced. Therefore, the state of the functional layer 20 such as the amount of immobilized polymer can be evaluated by measuring the number of stick slips within a certain time.

なお、スティックスリップ回数を測定する際、どの程度の接触角の増大及び減少を1回の繰り返し単位として数えるかは、評価対象とする複数の細胞培養基材の中で統一すれば良く、測定精度等を考慮して適宜設定することができる。例えば、単位時間内に、現在の接触角の値に対して5%〜65%以上変動した場合のみを接触角の増大又は減少として認定する方法や、所定の時間内に増大から減少への変動(又はその逆)があっても、その変動は無視し、その所定の時間範囲における最初と最後の時点の値を比較して増大又は減少の傾向を認定する方法等を挙げることができる。あるいは、種々の技術分野において従来知られたピーク検出法を利用しても良い。なお、後述の実施例においては、接触角が増大した後に減少に転じ、その後増大に転じる直前までを1回のスティックスリップと定義している。   Note that when measuring the number of stick-slip times, how much contact angle increase and decrease should be counted as one repeat unit can be unified among multiple cell culture substrates to be evaluated. Etc. can be set as appropriate. For example, a method in which only a change of 5% to 65% or more with respect to the current contact angle value within a unit time is recognized as an increase or decrease of the contact angle, or a change from increase to decrease within a predetermined time. Even if (or vice versa), there is a method of ignoring the variation and comparing the values at the first and last time points in the predetermined time range to recognize the tendency of increase or decrease. Alternatively, conventionally known peak detection methods in various technical fields may be used. In the embodiments described later, a stick-slip is defined as a period from when the contact angle increases to a decrease and then to an increase.

また、スティックスリップ回数によって機能性層20の状態を評価する方法の他にも、接触角が増大及び減少を繰り返す現象(スティックスリップ現象)を観測し、その観測結果に基づき評価する方法であれば適宜採用することができる。例えば、増大及び減少を繰り返す接触角の変動周期(平均周期)に着目して評価を行う方法や、接触角が増大から減少に転じ、再び増大に転じるまでの接触角差(落差)の平均値等に基づき評価を行う方法等を挙げることができる。   In addition to the method of evaluating the state of the functional layer 20 based on the number of stick-slips, a method of observing a phenomenon in which the contact angle repeatedly increases and decreases (stick-slip phenomenon) and evaluating based on the observation result is possible. It can be adopted as appropriate. For example, an evaluation method focusing on the contact angle fluctuation cycle (average cycle) that repeatedly increases and decreases, and the average value of the contact angle difference (fall) until the contact angle starts from increasing to decreasing and then increases again The method etc. which evaluate based on etc. can be mentioned.

機能性層20の表面に供給する液滴の量は、液滴の接触角を適切に測定できれば良く特に限定されない。具体的には、測定に伴って拡張又は収縮する液滴の最小値及び最大値が1μL〜1mL、特に1μL〜20μLの範囲内であることが好ましい。また、液滴にさらに液体を注入する場合、あるいは液体を吸引する場合における注入/吸引速度は、測定の精度や効率を考慮して適宜設定することができる。具体的には、0.25nL/msec〜0.5μL/msec程度、特に0.5nL/msec〜0.01μL/msec程度とすることが好ましい。   The amount of droplets supplied to the surface of the functional layer 20 is not particularly limited as long as the contact angle of the droplets can be appropriately measured. Specifically, it is preferable that the minimum value and the maximum value of the droplet that expands or contracts with the measurement are in the range of 1 μL to 1 mL, particularly 1 μL to 20 μL. In addition, the injection / suction speed when liquid is further injected into the droplet or when the liquid is sucked can be appropriately set in consideration of measurement accuracy and efficiency. Specifically, it is preferably about 0.25 nL / msec to 0.5 μL / msec, particularly preferably about 0.5 nL / msec to 0.01 μL / msec.

以上の評価方法を細胞培養基材の製造工程において利用することにより、機能性層の状態(固定化量、細胞の脱接着性)が良好な細胞培養基材を効率的に製造することができる。具体的には、例えば、予めいくつかの細胞培養基材を用いて細胞培養を行い、その細胞培養結果とスティックスリップ回数等との相関を調べてスティックスリップ回数等の好適な範囲(又は閾値)を求めておき、それ以降に量産される他の細胞培養基材のスティックスリップ回数等の値が上記の好適な範囲(又は閾値)に含まれるか否かをもって製品の良否の判定作業を行うことができる。この場合、細胞培養基材の量産工程においては、評価のために従来のような細胞培養を実施しないため、極めて短時間で評価を行うことができ、細胞培養基材の量産工程の大幅な効率化を図ることができる。一例として、基材がポリスチレンからなり、機能性層が温度応答性ポリマーであるポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(PIPAAm)を含み、室温において機能性層の表面に1μLの水滴を供給し、さらに0.3μL/msecの量で水を注入し水滴を拡張させる場合、測定開始後2000msec経過するまでのスティックスリップ回数が2回〜4回の範囲内であれば、PIPAAmの固定化量及び細胞の脱接着性の観点から、機能性層の状態が良好であると判定することができる。   By using the above evaluation method in the cell culture substrate production process, it is possible to efficiently produce a cell culture substrate in which the state of the functional layer (immobilization amount, cell de-adhesiveness) is good. . Specifically, for example, cell culture is performed using some cell culture substrates in advance, and a suitable range (or threshold value) such as the number of stick-slip times by examining the correlation between the cell culture result and the number of stick-slip times, etc. To determine the quality of the product based on whether or not the values such as the number of stick slips of other cell culture substrates to be mass-produced thereafter are included in the above preferred range (or threshold). Can do. In this case, in the mass production process of the cell culture substrate, since conventional cell culture is not performed for the evaluation, the evaluation can be performed in an extremely short time, and the mass production process of the cell culture substrate is greatly efficient. Can be achieved. As an example, the substrate is made of polystyrene, the functional layer contains poly-N-isopropylacrylamide (PIPAAm), which is a temperature-responsive polymer, and 1 μL of water droplets are supplied to the surface of the functional layer at room temperature. When injecting water at an amount of 3 μL / msec to expand the water droplets, if the number of stick-slip times after the start of measurement is within the range of 2 to 4 times, the immobilized amount of PIPAAm and cell de-adhesion From the viewpoint of safety, it can be determined that the state of the functional layer is good.

図2に、上述の評価方法を実施するための装置の一実施形態を示す。この評価装置は、細胞培養基材1が配置されるステージ11と、ステージ11上に配置された細胞培養基材1の機能性層の表面に液滴Lを供給し、さらに供給した液滴Lに液体を注入し又は供給した液滴から液体を吸引するための液滴調節手段12と、液体の注入により拡張するか又は液体の吸引により収縮する液滴Lを撮影するための撮像手段14と、撮像手段14により撮影した画像に基づき液滴Lの接触角を算出する接触角算出部15aとを有している。その他、例えば、拡張又は収縮する液滴Lの接触半径の変化も測定する場合には、撮影した画像に基づき液滴Lの接触半径を算出する接触半径算出部15bをさらに備えることができる。また、必要に応じて、ヒーター、冷却装置等の温度調節手段13を備えても良い。   FIG. 2 shows an embodiment of an apparatus for performing the above-described evaluation method. This evaluation apparatus supplies a droplet L to the stage 11 on which the cell culture substrate 1 is disposed, and the surface of the functional layer of the cell culture substrate 1 disposed on the stage 11. A droplet adjusting means 12 for sucking a liquid from a droplet injected or supplied with a liquid; and an imaging means 14 for photographing a droplet L that expands or contracts by sucking the liquid. And a contact angle calculation unit 15a that calculates the contact angle of the droplet L based on the image photographed by the imaging means 14. In addition, for example, when a change in the contact radius of the droplet L that expands or contracts is also measured, a contact radius calculation unit 15b that calculates the contact radius of the droplet L based on the captured image can be further provided. Moreover, you may provide the temperature control means 13, such as a heater and a cooling device, as needed.

ステージ11上の細胞培養基材1は、拡散板17を通過させた光源16からの光で照明される。撮像手段14は、拡張又は収縮する液滴Lを捉えることができれば良く、具体的にはCCD等を備える高速度カメラが好適に用いられる。図2に示すようにステージ11の側方から液滴Lを撮影し、液滴Lの接触角及び接触半径を測定することができるが、その他、ステージ11の上方にも撮像手段を設置して液滴Lを平面的に観測し、液滴Lの接触半径等を同時に測定して測定精度を高めても良い。また、液滴調節手段12は、液滴Lに挿入可能な、マイクロシリンジ等の針状管体を備え、さらに設定した量の液体を注入又は吸引するためのポンプ、及び針状管体を細胞培養基材1上の適切な位置に保持するための位置調節機構を適宜備えている。さらに、接触角算出部15a及び接触半径算出部15bは、撮像手段により取得される画像を解析し、液滴Lの接触角及び接触半径を算出する機能を有している。   The cell culture substrate 1 on the stage 11 is illuminated with light from the light source 16 that has passed through the diffusion plate 17. The imaging means 14 only needs to be able to capture the expanding or contracting droplet L, and specifically, a high-speed camera equipped with a CCD or the like is preferably used. As shown in FIG. 2, the droplet L can be photographed from the side of the stage 11 and the contact angle and contact radius of the droplet L can be measured. In addition, an imaging means is installed above the stage 11. The measurement accuracy may be improved by observing the droplet L in a plane and measuring the contact radius of the droplet L at the same time. The droplet adjusting means 12 includes a needle-like tube body such as a microsyringe that can be inserted into the droplet L, and a pump for injecting or sucking a set amount of liquid, and the needle-like tube body as a cell. A position adjustment mechanism for holding the culture substrate 1 at an appropriate position is appropriately provided. Furthermore, the contact angle calculation unit 15a and the contact radius calculation unit 15b have a function of analyzing the image acquired by the imaging unit and calculating the contact angle and the contact radius of the droplet L.

次に、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
・細胞培養基材の製造
ポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(アルドリッチ社)を2%含み、N−イソプロピルアクリルアミドを、最終モノマー濃度が40重量%となるようにイソプロピルアルコール(IPA)に溶解させて溶液を調製した。続いて、ポリスチレン製の基材を用い、この基材上に前記のN−イソプロピルアクリルアミド溶液をコーティングし、電子線照射装置を用いて電子線照射を行い、基材上にポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(PIPAAm)からなる機能性層をグラフト重合により形成した。その後、この積層体を5℃のイオン交換水を用いて洗浄し、乾燥して細胞培養基材を得た。得られた細胞培養基材をエチレンガスオキサイド滅菌処理した。
Next, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
(Example 1)
-Manufacture of cell culture substrate Poly-N-isopropylacrylamide (Aldrich) 2%, N-isopropylacrylamide was dissolved in isopropyl alcohol (IPA) to a final monomer concentration of 40% by weight to obtain a solution. Prepared. Subsequently, a polystyrene base material was used, the N-isopropylacrylamide solution was coated on the base material, electron beam irradiation was performed using an electron beam irradiation apparatus, and poly-N-isopropylacrylamide was applied to the base material. A functional layer made of (PIPAAm) was formed by graft polymerization. Thereafter, this laminate was washed with ion exchanged water at 5 ° C. and dried to obtain a cell culture substrate. The obtained cell culture substrate was sterilized with ethylene gas oxide.

・細胞培養基材の評価
製造した細胞培養基材を、接触角測定装置DM−501(商品名、協和界面科学社製)のステージに水平に載置し、ポリ−N−イソプロピルアクリルアミドの下限臨界溶解温度(T=32℃)未満である室温(25℃)において、機能性層の表面にマイクロシリンジの先端から純水1.5μLを滴下して液滴を形成した。続いて、この液滴にマイクロシリンジの先端を挿入した状態でさらに液体を注入し、液滴を拡張させた。拡張する液滴の様子を側方からCCDカメラで観測し、ソフトウェアFAMAS(商品名、協和界面科学社製)により液滴の接触角θ及び接触半径rを経時的に測定した。測定結果を図3及び図4に示す。また、温度条件をポリ−N−イソプロピルアクリルアミドの下限臨界溶解温度以上である40℃に設定し、上記と同様にして拡張する液滴の接触角θ及び接触半径rを経時的に測定した。測定結果を図5及び図6に示す。
-Evaluation of cell culture substrate The produced cell culture substrate was placed horizontally on the stage of a contact angle measurement device DM-501 (trade name, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.), and the lower criticality of poly-N-isopropylacrylamide was measured. At room temperature (25 ° C.) that is lower than the melting temperature (T = 32 ° C.), 1.5 μL of pure water was dropped from the tip of the microsyringe onto the surface of the functional layer to form droplets. Subsequently, the liquid was further injected with the tip of the microsyringe inserted into the liquid droplet to expand the liquid droplet. The state of the expanding droplet was observed from the side with a CCD camera, and the contact angle θ and the contact radius r of the droplet were measured over time by software FAMAS (trade name, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). The measurement results are shown in FIGS. Further, the temperature condition was set to 40 ° C., which is higher than the lower critical solution temperature of poly-N-isopropylacrylamide, and the contact angle θ and the contact radius r of the expanding droplet were measured over time in the same manner as described above. The measurement results are shown in FIGS.

(実施例2)
最終モノマー濃度が35重量%となるように溶解させた溶液を用いて機能性層を形成した以外は、上記実施例1と同様にして室温及び40℃における液滴の接触角θ及び接触半径rを測定した。測定結果を図3〜図6に示す。
(Example 2)
The contact angle θ and the contact radius r of the droplets at room temperature and 40 ° C. were the same as in Example 1 except that the functional layer was formed using a solution in which the final monomer concentration was 35% by weight. Was measured. The measurement results are shown in FIGS.

(実施例3)
最終モノマー濃度が30重量%となるように溶解させた溶液を用いて機能性層を形成した以外は、上記実施例1と同様にして室温及び40℃における液滴の接触角θ及び接触半径rを測定した。測定結果を図3〜図6に示す。
(Example 3)
The contact angle θ and the contact radius r of the droplets at room temperature and 40 ° C. were the same as in Example 1 except that the functional layer was formed using a solution in which the final monomer concentration was 30% by weight. Was measured. The measurement results are shown in FIGS.

(比較例1)
何らポリマー等が固定化されていないポリスチレン製の基材を用いて、上記実施例1と同様の測定を行い、室温及び40℃における液滴の接触角θ及び接触半径rを求めた。測定結果を図3〜図6に示す。
(Comparative Example 1)
The same measurement as in Example 1 was performed using a polystyrene base material on which no polymer or the like was fixed, and the contact angle θ and the contact radius r of the droplet at room temperature and 40 ° C. were obtained. The measurement results are shown in FIGS.

図3及び5に示すように、実施例1〜3の細胞培養基材については液滴の接触角θが増大及び減少を繰り返すスティックスリップ現象が観測された。また、接触半径rは図4及び6に示すように階段状に増大することが確認された。さらに、図3及び図5の結果を参照し、実施例1〜3及び比較例1について接触角θが増大及び減少を繰り返すスティックスリップ回数(グラフ中の各線の山の数)をカウントした。スティックスリップ回数は、測定開始後4700msec経過するまでの範囲内での回数である。その結果を図7に示す。なお、図7は、実施例1〜3及び比較例1の測定をそれぞれ複数回行った結果の平均値を示している。   As shown in FIGS. 3 and 5, for the cell culture substrates of Examples 1 to 3, a stick-slip phenomenon in which the contact angle θ of the droplet repeatedly increased and decreased was observed. Further, it was confirmed that the contact radius r increased in a stepped manner as shown in FIGS. Furthermore, with reference to the results of FIGS. 3 and 5, the number of stick slips (the number of peaks in each line in the graph) in which the contact angle θ repeatedly increases and decreases was counted for Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. The number of times of stick-slip is the number of times within a range until 4700 msec elapses after the start of measurement. The result is shown in FIG. In addition, FIG. 7 has shown the average value of the result of having performed the measurement of Examples 1-3 and the comparative example 1 several times, respectively.

図7に示すように、実施例1〜3はスティックスリップ回数が異なることから、スティックスリップ現象の観測によってPIPAAmの固定化量が異なる実施例1〜3の細胞培養基材を明確に区別できることが分かった。また、PIPAAmの固定化量が多い実施例1では、スティックスリップ回数が少なくなった。これは、固定化量が多くなると機能性層の表面が親水性となり、界面張力(液滴を保持する力)が相対的に大きくなるためと考えられる。一方、固定化量が少ない実施例1では、機能性層の表面はより疎水性となり、界面張力が相対的に小さいため、スティックスリップ回数が多く観測されたものと考えられる。なお、ポリマーが固定化されておらず、機能性層を有しない比較例1の場合には、表面の疎水性が最も高くなるため、液滴と機能性層との相互作用が弱くスティックスリップ現象は観測されなかった。比較例1における接触半径rは、図4及び6に示すようになだらかに増大する。   As shown in FIG. 7, since Examples 1 to 3 differ in the number of stick-slips, the cell culture substrates of Examples 1 to 3 having different amounts of PIPAAm immobilized can be clearly distinguished by observing the stick-slip phenomenon. I understood. Further, in Example 1 where the amount of PIPAAm immobilized was large, the number of stick-slips was reduced. This is presumably because the surface of the functional layer becomes hydrophilic when the amount of immobilization increases, and the interfacial tension (force for holding droplets) becomes relatively large. On the other hand, in Example 1 with a small amount of immobilization, the surface of the functional layer becomes more hydrophobic and the interfacial tension is relatively small, so it is considered that the number of stick-slip times was observed. In the case of Comparative Example 1 in which the polymer is not fixed and does not have a functional layer, the hydrophobicity of the surface is the highest, so that the interaction between the droplet and the functional layer is weak, and the stick-slip phenomenon Was not observed. The contact radius r in Comparative Example 1 increases gently as shown in FIGS.

また、図7に示すように、測定温度が室温及び40℃のいずれの場合であっても、スティックスリップ回数は実施例1が最も少なく実施例3が最も大きいという傾向は変わらなかった。このことから、スティックスリップ回数は、測定温度によらず、機能性層の状態(ポリマーの固定化量)を反映することが明らかとなった。さらに、実施例1〜3ではいずれも、40℃で測定した場合のスティックスリップ回数が室温の場合よりも多くなった。これは、測定温度がPIPAAmの下限臨界溶解温度(T=32℃)よりも高いと、PIPAAmから水が脱離することでPIPAAmが収縮して細胞接着性を示し、表面がより疎水性となって界面張力(液滴を保持する力)が相対的に小さくなるためと考えられる。   Further, as shown in FIG. 7, the tendency that the number of stick-slips was the smallest in Example 1 and the largest in Example 3 was not changed regardless of whether the measurement temperature was room temperature or 40 ° C. From this, it became clear that the number of stick-slips reflects the state of the functional layer (polymer immobilization amount) regardless of the measurement temperature. Further, in all of Examples 1 to 3, the number of stick slips when measured at 40 ° C. was larger than that at room temperature. This is because, when the measurement temperature is higher than the lower critical solution temperature (T = 32 ° C.) of PIPAAm, water is desorbed from PIPAAm, and PIPAAm contracts to show cell adhesion, and the surface becomes more hydrophobic. This is considered to be because the interfacial tension (force for holding the droplets) becomes relatively small.

次に、実施例1〜3で作製した細胞培養基材を内側底面に設置したシャーレに、10%FBS含有DMEM培地を満たし、3T3 Swiss Albino細胞を6.25×10cell/cmの条件で播種した。37℃下で18時間培養した後に、20℃の低温インキュベーターに移し、30分間のインキュベート後、剥離して浮遊した細胞の様子を位相差顕微鏡で観察した。その結果、実施例1の細胞培養基材では細胞の剥離性(脱着性)が良好であったのに対し、実施例2及び3の細胞培養基材では細胞が一部剥離せず、剥離性が良好といえるものではなかった。これらの結果から、拡張する液滴のスティックスリップ回数を指標として、細胞の脱接着性が良好な細胞培養基材を効率的に製造することができることが分かった。 Next, the petri dish in which the cell culture substrate prepared in Examples 1 to 3 was placed on the inner bottom surface was filled with 10% FBS-containing DMEM medium, and 3T3 Swiss Albino cells were added at 6.25 × 10 3 cells / cm 2 . Sowing. After culturing at 37 ° C. for 18 hours, the cells were transferred to a low-temperature incubator at 20 ° C., and after incubation for 30 minutes, the state of cells detached and suspended was observed with a phase contrast microscope. As a result, the cell culture substrate of Example 1 had good cell detachability (removability), whereas the cell culture substrate of Examples 2 and 3 did not partially detach cells, and the detachability. Was not good. From these results, it was found that a cell culture substrate having good cell debonding property can be efficiently produced using the number of stick slips of the expanding droplet as an index.

1 細胞培養基材
10 基材
11 ステージ
12 液滴調節手段
13 温度調節手段
14 撮像手段
15a 接触角算出部
15b 接触半径算出部
16 光源
17 拡散板
20 機能性層
L、L〜L 液滴
S 針状管体
r 接触半径
θ 接触角
1 cell culture substrate 10 substrate 11 stage 12 droplet adjusting means 13 temperature control means 14 imaging means 15a contact angle calculating section 15b contact radius calculation unit 16 light source 17 diffusion plate 20 functional layer L, L 1 ~L 3 droplets S needle tube r contact radius θ contact angle

Claims (5)

基材と、前記基材上に設けられた、細胞を培養するための機能性層とを有する細胞培養基材の評価方法であって、
機能性層の表面に液滴を供給する工程と、
供給した液滴にさらに液体を注入して液滴を拡張させるか又は供給した液滴から液体を吸引して液滴を収縮させる工程と、
拡張又は収縮する液滴の接触角を測定する工程と、
を有し、
接触角が増大及び減少を繰り返すスティックスリップ現象を観測し、そのスティックスリップ現象の観測結果に基づいて機能性層の状態の評価を行う前記細胞培養基材の評価方法。
A cell culture substrate evaluation method comprising a substrate and a functional layer for culturing cells provided on the substrate,
Supplying droplets to the surface of the functional layer;
Injecting more liquid into the supplied droplet to expand the droplet or drawing liquid from the supplied droplet to shrink the droplet;
Measuring the contact angle of the expanding or contracting droplet;
Have
The cell culture substrate evaluation method, wherein a stick-slip phenomenon in which the contact angle repeatedly increases and decreases is observed, and the state of the functional layer is evaluated based on the observation result of the stick-slip phenomenon .
機能性層の状態の評価を、接触角が増大及び減少を繰り返す回数に基づいて行う請求項1に記載の細胞培養基材の評価方法。   The method for evaluating a cell culture substrate according to claim 1, wherein the state of the functional layer is evaluated based on the number of times the contact angle repeats increasing and decreasing. 機能性層が、温度変化により細胞接着性が変化する温度応答性ポリマーを含む請求項1又は2に記載の細胞培養基材の評価方法。   The method for evaluating a cell culture substrate according to claim 1 or 2, wherein the functional layer contains a temperature-responsive polymer whose cell adhesiveness is changed by temperature change. 請求項1〜3のいずれかに記載の評価方法を実施するための装置であって、
細胞培養基材が配置されるステージと、
ステージ上に配置された細胞培養基材の機能性層の表面に液滴を供給し、さらに供給した液滴に液体を注入し又は供給した液滴から液体を吸引するための液滴調節手段と、
液体の注入により拡張するか又は液体の吸引により収縮する液滴を撮影するための撮像手段と、
撮像手段により撮影した画像に基づき液滴の接触角を算出する接触角算出部と、
を有する細胞培養基材の評価装置。
An apparatus for carrying out the evaluation method according to claim 1,
A stage on which the cell culture substrate is placed;
Droplet adjusting means for supplying droplets to the surface of the functional layer of the cell culture substrate disposed on the stage, and injecting liquid into the supplied droplets or sucking liquid from the supplied droplets; ,
An imaging means for imaging a droplet that expands by liquid injection or contracts by liquid suction;
A contact angle calculation unit that calculates a contact angle of a droplet based on an image photographed by an imaging unit;
An apparatus for evaluating a cell culture substrate.
基材と、前記基材上に設けられた、細胞を培養するための機能性層とを有する細胞培養基材を準備する工程と、
準備した細胞培養基材について、請求項1〜3のいずれかに記載の評価方法を実施する工程と、
を有し、
評価の結果、機能性層の状態が良と判定されたものとを製品とする細胞培養基材の製造方法。
Preparing a cell culture substrate having a substrate and a functional layer for culturing cells provided on the substrate;
For the prepared cell culture substrate, a step of performing the evaluation method according to any one of claims 1 to 3,
Have
The manufacturing method of the cell culture substratum which uses what the state of the functional layer was judged to be good as a result of evaluation.
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